特許 7111000 金属材および接続端子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-25

(45)【発行日】2022-08-02

(54)【発明の名称】金属材および接続端子

(51)【国際特許分類】

   C25D 7/00 20060101AFI20220726BHJP

   C25D 5/12 20060101ALI20220726BHJP

【ＦＩ】

C25D7/00 H

C25D5/12

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019007134

(22)【出願日】2019-01-18

(65)【公開番号】P2020117741

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2021-04-22

(73)【特許権者】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002158

【氏名又は名称】特許業務法人上野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水谷 亮太

(72)【発明者】

【氏名】坂 喜文

(72)【発明者】

【氏名】加藤 暁博

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１３７４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４９６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３２９２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２２１５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１６０１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６７０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３９７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｄ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下地材と、
前記下地材の表面上に形成され、最表面に露出した表面層と、を有し、
前記表面層は、ＡｇおよびＡｕの少なくとも一方を含む貴金属元素と、Ｉｎとを含み、
前記表面層は、前記貴金属元素を主成分とする貴金属部と、前記貴金属部よりも高濃度のＩｎを含有する高濃度Ｉｎ部と、を含んでおり、前記貴金属部と前記高濃度Ｉｎ部がともに最表面に露出しており、
前記表面層の動摩擦係数が０．３以下であることを特徴とする金属材。

【請求項2】

前記下地材は、基材上に形成された中間層を有し、
前記中間層は、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕより選択される少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１に記載の金属材。

【請求項3】

前記表面層に含有されるＩｎの少なくとも一部は、前記貴金属元素との合金となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属材。

【請求項4】

前記貴金属元素は、Ａｇを含んでおり、
前記表面層は、Ａｇ_３Ｉｎ，Ａｇ_９Ｉｎ_４，ＡｇＩｎ_２のうち少なくとも１種の金属間化合物を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属材。

【請求項5】

前記表面層の接触抵抗が１．４ｍΩ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金属材。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の金属材よりなり、前記表面層は、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部において、前記下地材の表面上に形成されていることを特徴とする接続端子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属材および接続端子に関し、さらに詳しくは、貴金属元素とＩｎを含有する表面層を有する金属材、およびそのような表面層を接点部に有する接続端子に関する。

【背景技術】

【0002】

接続端子等の電気接続部材において、表面に、ＡｇやＡｕや白金族元素等よりなる貴金属層を設ける場合がある。それら貴金属は、高い電気伝導性を有するうえ、酸化を受けにくい。そのため、貴金属層を表面に有する金属材を用いて、接続端子等の電気接続部材を構成することで、接触抵抗が低く、安定した電気接続特性を有する電気接続部材とすることができる。低接触抵抗特性は、高温でも維持され、自動車等において、高温環境での使用や、大電流の印加が想定される接続端子の構成材料として、貴金属層を表面に有する金属材を、好適に使用することができる。

【0003】

接続端子等の電気接続部材においては、表面が、安定した電気接続特性を有することに加え、良好な摩擦特性、つまり低い摩擦係数を示すことが望まれる。表面の摩擦係数を低くすることで、電気接続部材の表面に、相手方接続端子等、他の部材を接触させた際の摺動を、滑らかに行うことができる。例えば、接続端子を構成する場合に、接続端子の挿抜に必要な力を、小さく抑えることができる。

【0004】

例えば、特許文献１に示されるように、Ａｇ層の下層に、硬質の金属層を設けることで、Ａｇ層表面の摩擦係数を低減することが試みられている。特許文献１では、硬質の金属層として、Ａｇ－Ｓｎ合金層が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－２３１２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載されるように、金属材において、貴金属層の下層に、他種の金属元素を含有する金属層を設けることで、低接触抵抗特性等、貴金属層が有する特性を維持しながら、下層の金属層によって、摩擦係数の低減等、貴金属層の表面特性の改良を図ることができる。しかし、下層の金属層が、上層の貴金属層の表面特性の改良に、ある程度の効果を示す場合でも、下層の金属層は、貴金属層に表面を被覆されており、相手方の金属材と接触する訳ではない。よって、下層の金属層は、電気的特性や摩擦特性等、金属材の表面の特性に、直接的に影響するものとはならない。つまり、上述の金属材では、例えば摩擦係数や接触抵抗の低減等の表面特性の改良として不十分である。

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、貴金属元素を含む表面層を有し、低接触抵抗と低摩擦係数を両立することができる金属材および接続端子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかる金属材は、下地材と、前記下地材の表面上に形成され、最表面に露出した表面層と、を有し、前記表面層は、Ａｇ，Ａｕ，白金族元素より選択される少なくとも１種よりなる貴金属元素と、Ｉｎとを含んでいる。

【0009】

ここで、前記下地材は、基材上に形成された中間層を有し、前記中間層は、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕより選択される少なくとも１種を含有するとよい。

【0010】

また、前記表面層に含有されるＩｎの少なくとも一部は、前記貴金属元素との合金となっているとよい。前記表面層は、前記貴金属元素を主成分とする貴金属部と、前記貴金属部よりも高濃度のＩｎを含有する高濃度Ｉｎ部と、を含んでおり、前記貴金属部と前記高濃度Ｉｎ部がともに最表面に露出しているとよい。

【0011】

前記貴金属元素は、ＡｇおよびＡｕの少なくとも一方を含むとよい。また、前記貴金属元素は、Ａｇを含んでおり、前記表面層は、Ａｇ_３Ｉｎ，Ａｇ_９Ｉｎ_４，ＡｇＩｎ_２のうち少なくとも１種の金属間化合物を含有するとよい。

【0012】

本発明にかかる接続端子は、上記のような金属材よりなり、前記表面層は、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部において、前記下地材の表面上に形成されている。

【発明の効果】

【0013】

上記発明にかかる金属材においては、表面層に、Ａｇ，Ａｕ，白金族元素より選択される少なくとも１種よりなる貴金属元素と、Ｉｎとを含んでいる。貴金属元素は、高い電気伝導性を有することにより、表面層の接触抵抗を低く抑えるものとなる。一方、Ｉｎは軟らかい金属であり、固体潤滑作用を示すため、金属材の表面の摩擦係数を低く抑えることができる。また、Ｉｎは、酸化を受けても、形成された酸化膜を、荷重の印加等によって、容易に破壊することができる。このように、金属材の最表面に露出した表面層が、貴金属元素とともに、Ｉｎを含むことにより、表面層全体として、貴金属元素による低接触抵抗特性を損なうことなく、摩擦係数を低く抑えやすい。

【0014】

ここで、下地材が、基材上に形成された中間層を有し、中間層が、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕより選択される少なくとも１種を含有する場合には、中間層の存在により、基材と表面層の間で、構成元素の相互拡散を抑制することができるので、金属材が加熱を受けた際に、基材の構成元素が、表面層に拡散して、表面層の組成や特性に影響を与えることが、起こりにくくなる。

【0015】

また、表面層に含有されるＩｎの少なくとも一部が、貴金属元素との合金となっている場合には、Ｉｎを貴金属元素とともに表面層内に分布させた構造を、安定に形成しやすい。貴金属元素とＩｎの合金は、Ｉｎの寄与により、表面層の摩擦係数を低減するのに高い効果を示し、また、酸化皮膜の易破壊性によって、接触抵抗の上昇を抑制するのに寄与する。

【0016】

表面層が、貴金属元素を主成分とする貴金属部と、貴金属部よりも高濃度のＩｎを含有する高濃度Ｉｎ部と、を含んでおり、貴金属部と高濃度Ｉｎ部がともに最表面に露出している場合には、貴金属元素が有する耐熱性や低接触抵抗等の特性が、貴金属部によって発揮されるとともに、Ｉｎの添加によって得られる摩擦係数低減等の効果が、高濃度Ｉｎ部によって発揮される。そのため、表面層全体として、低接触抵抗と低摩擦係数を、高度に両立しやすい。

【0017】

貴金属元素が、ＡｇおよびＡｕの少なくとも一方を含む場合には、ＡｇやＡｕは、貴金属元素の中でも、特に高い電気伝導性を有するとともに、酸化を受けにくいため、表面層において、特に低い接触抵抗を得ることができる。一方、ＡｇやＡｕは、高い凝着性を示し、それらのみで用いる場合には、表面の摩擦係数が高くなりやすいが、表面層にＩｎが含有されることにより、表面層の摩擦係数を低く抑えることができる。

【0018】

また、貴金属元素が、Ａｇを含んでおり、表面層が、Ａｇ_３Ｉｎ，Ａｇ_９Ｉｎ_４，ＡｇＩｎ_２のうち少なくとも１種の金属間化合物を含有する場合には、ＡｇとＩｎの含有により、接触抵抗が低く、かつ摩擦係数が低い表面層を、安定に形成し、保持しやすい。

【0019】

上記発明にかかる接続端子は、少なくとも接点部に、上記のような表面層が形成されているため、接点部において、低摩擦係数と低接触抵抗を両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態にかかる金属材における積層構造を模式的に示す断面図である。（ａ）は断面全体の構成を示し、（ｂ）は表面層の状態の例を拡大して示している。

【図2】本発明の一実施形態にかかる接続端子の概略を示す断面図である。

【図3】各実施例および比較例について、摺動中の摩擦係数の変化を示す図であり、（ａ）は貴金属元素がＡｇである場合、（ｂ）は貴金属元素がＡｕである場合を示している。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本明細書において、各元素の含有量（濃度）は、特記しない限り、原子％等、原子数比を単位として示すものとする。また、単体金属や、貴金属元素のみよりなる金属には、不可避的不純物を含有する場合も含むものとする。合金には、特記しないかぎり、固溶体である場合も、金属間化合物を構成する場合も、含むものとする。

【0022】

［金属材］
本発明の一実施形態にかかる金属材は、金属材料を積層したものよりなる。本発明の一実施形態にかかる金属材は、いかなる金属部材を構成するものであってもよいが、接続端子等、電気接続部材を構成する材料として、好適に利用することができる。

【0023】

（金属材の構成）
図１（ａ）に、本発明の一実施形態にかかる金属材１の積層構造を示す。金属材１は、下地材１０と、下地材１０の表面上に形成され、最表面に露出した表面層１１と、を有している。後に説明するように、表面層１１は、貴金属元素とＩｎを含んでいる。表面層１１の特性を損なわない範囲において、金属材１の最表面に露出した表面層１１の上に、有機層等の薄膜（不図示）を設けてもよい。ただし、表面層１１の表面には、他種の金属層は設けられない。

【0024】

下地材１０は、単一の金属材料より構成されてもよいが、基材１０ａと中間層１０ｂとからなることが好ましい。中間層１０ｂは、基材１０ａよりも薄い金属層よりなり、基材１０ａの表面に形成されている。

【0025】

基材１０ａは、板状等、任意の形状の金属材料より構成することができる。基材１０ａを構成する材料は、特に限定されるものではないが、金属材１が、接続端子等、電気接続部材を構成するものである場合には、基材１０ａを構成する材料として、ＣｕまたはＣｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金、ＦｅまたはＦｅ合金等を、好適に用いることができる。中でも、電気伝導性に優れたＣｕまたはＣｕ合金を、好適に用いることができる。

【0026】

基材１０ａの表面に接触して、中間層１０ｂを設けることで、基材１０ａと表面層１１の間の密着性を向上させる効果や、基材１０ａと表面層１１の間で、構成元素の相互拡散を抑制する効果等を得ることができる。中間層１０ｂを構成する材料としては、第四周期の遷移金属元素、つまりＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕより選択される少なくとも１種よりなる第四周期元素を含有する金属材料を、例示することができる。中間層１０ｂを構成する材料は、上記第四周期元素より選択される１種よりなる単体金属であっても、上記第四周期元素より選択される１種または２種以上の金属元素を含有する合金であってもよい。合金よりなる場合、上記第四周期元素に加え、それ以外の金属元素を含むものであってもよいが、上記第四周期元素を主成分とするものであることが好ましい。また、中間層１０ｂは、１層のみよりなっても、２種以上の層が積層されたものよりなってもよい。下地材１０が、中間層１０ｂを有さず、単一の金属材料よりなる場合にも、その単一の金属材料の少なくとも表面が、上記第四周期元素を含有する金属よりなればよい。

【0027】

特に、基材１０ａがＣｕまたはＣｕ合金よりなる場合に、中間層１０ｂを、上記第四周期元素を含有する金属、特に上記第四周期元素を主成分とする金属より構成することにより、基材１０ａから表面層１１へとＣｕが拡散すること、さらに、拡散したＣｕとの合金化に起因するＩｎの消費等、表面層１１の成分組成や特性に影響が生じることを、高温になる条件でも、効果的に抑制できる。中でも、中間層１０ｂを、Ｎｉ、またはＮｉを主成分とする合金より構成する場合に、表面層１１へのＣｕの拡散抑制を、効果的に達成することができる。

【0028】

中間層１０ｂの厚さは、特に限定されるものではないが、基材１０ａと表面層１１の間の拡散抑制等を効果的に達成する観点から、０．1μｍ以上とすることが好ましい。一方、過度に厚い中間層１０ｂを形成するのを避ける観点から、その厚さは、３．０μｍ以下とすることが好ましい。中間層１０ｂにおいて、基材１０ａ側の一部は、基材１０ａの構成元素と合金を形成していてもよく、表面層１１側の一部は、表面層１１の構成元素と合金を形成していてもよい。

【0029】

表面層１１は、貴金属元素と、Ｉｎとを含有する金属層として構成される。ここで、貴金属元素とは、ＡｇおよびＡｕ、ならびに白金族元素、つまりＡｇ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔより選択される少なくとも１種よりなるものである。

【0030】

表面層１１は、貴金属元素とＩｎ以外の元素を含有してもよいが、下に説明するような、貴金属元素およびＩｎによって付与される特性を損なわないように、貴金属元素とＩｎを主成分とするもの、つまり貴金属元素とＩｎの合計で、５０原子％以上を占めるものであることが好ましい。特に、不可避的不純物の含有や、表面近傍での酸化、炭化、窒化等の変性を除いて、表面層１１が、貴金属元素とＩｎのみよりなる形態が好ましい。貴金属元素としては、１種のみを含んでいても、２種以上を含んでいてもよい。

【0031】

表面層１１においては、最表面に、貴金属原子とＩｎ原子の両方が存在していれば、貴金属元素とＩｎが、表面層１１内で、どのように分布していてもかまわない。また、貴金属元素およびＩｎは、それぞれ、単体金属の状態にあっても、合金を形成していてもかまわない。単体金属となっている部分と、合金となっている部分が共存していてもよい。

【0032】

Ｉｎは、貴金属元素と合金を形成する金属であり、表面層１１の状態を安定に維持する観点から、表面層１１に含有されるＩｎの少なくとも一部が、貴金属元素との合金（ＮＭ－Ｉｎ合金）を構成していることが好ましい。ＮＭ－Ｉｎ合金は、固溶体となっていても、金属間化合物となっていてもよい。

【0033】

表面層１１は、全体が均質なＮＭ－Ｉｎ合金よりなってもよい。しかし、表面層１１において、貴金属元素によって付与される特性と、Ｉｎによって付与される特性のそれぞれを、顕著に発揮させる観点から、例えば図１（ｂ）に示すように、貴金属元素の濃度が比較的高い貴金属部１１ａと、Ｉｎの濃度が比較的高い高濃度Ｉｎ部１１ｂの２種の相を、共存させて有する方が好ましい。

【0034】

ここで、貴金属部１１ａは、貴金属を主成分とする相であり、貴金属元素のみ、あるいは貴金属元素よりも少量のＩｎを含んだＮＭ－Ｉｎ合金よりなる形態を例示することができる。貴金属元素が有する特性を十分に発揮させる観点からは、貴金属部１１ａは、貴金属元素のみよりなることが好ましい。

【0035】

高濃度Ｉｎ部１１ｂは、貴金属部１１ａよりも、高濃度のＩｎを含有している。具体的には、Ｉｎ単体よりなる形態（Ｉｎと不可避的不純物よりなる形態）、あるいは、貴金属部１１ａよりもＩｎ濃度（貴金属元素に対するＩｎの原子数比）の高いＮＭ－Ｉｎ合金よりなる形態を例示することができる。

【0036】

貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂは、ともにＮＭ－Ｉｎ合金よりなってもよいが、この場合には、高濃度Ｉｎ部１１ｂが、貴金属部１１ａよりも、貴金属元素に対するＩｎの原子数比の高い合金組成を有する。例えば、表面層１１が、貴金属元素をＮＭとして、ＮＭ_ａＩｎ_ｂとＮＭ_ｃＩｎ_ｄ（ｂ／ａ＜ｄ／ｃ）なる２種の組成の金属間化合物を含有する場合に、ＮＭ_ａＩｎ_ｂよりなる部分を、貴金属部１１ａとみなし、ＮＭ_ｃＩｎ_ｄよりなる部分を、高濃度Ｉｎ部１１ｂとみなすことができる。また、貴金属部１１ａおよび高濃度Ｉｎ部１１ｂは、それぞれ、組成の異なる２種以上の部分を含有してもよく、例えば、単体金属と合金の両方を含有する形態、また、成分組成の異なる２種以上の合金を含有する形態を挙げることができる。

【0037】

表面層１１が貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂを有する場合に、貴金属原子とＩｎ原子の両方が最表面に存在していれば、貴金属部１１ａおよび高濃度Ｉｎ部１１ｂは、どのように分布していてもよい。一例として、層状の貴金属部１１ａが下地材１０の表面上に形成され、その表面に、ＮＭ－Ｉｎ合金よりなる高濃度Ｉｎ部１１ｂが設けられた構造とすることができる。

【0038】

しかし、表面層１１において、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂのそれぞれの特性を、表面層１１全体の特性として有効に利用する観点から、図１（ｂ）に示すように、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが、層状に分離せずに、表面層１１内で混在していることが好ましい。この場合に、貴金属部１１ａの中に分散されるようにして、高濃度Ｉｎ部１１ｂが混在した形態をとるとよい。さらに、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂのそれぞれの特性を、金属材１の表面における特性として、有効に利用する観点から、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが、ともに最表面に露出していることが好ましい。

【0039】

貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが、表面層１１の深さ方向全域において、混在して分布していれば、それぞれの特性を安定して発揮することができ、好ましい。しかし、少なくとも、表面層１１の最表面およびその近傍（表面部）に、両者が混在して分布していればよい。この場合に、表面部で、高濃度Ｉｎ部１１ｂが貴金属部１１ａと共存していれば、表面層１１の内部においては、高濃度Ｉｎ部１１ｂが占める割合が、表面部よりも小さくてもよく、あるいは、貴金属部１１ａのみが占めていてもよい。

【0040】

表面層１１におけるＩｎと貴金属元素の含有量の比は、所望される表面層１１の特性に応じて、適宜設定すればよいが、後に詳述するように、表面の摩擦係数の低減等、Ｉｎによって付与される特性を、効果的に発揮させる観点から、Ｉｎの含有量は、表面層１１全体として（貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂの合計として）、貴金属元素に対する原子数比（Ｉｎ［ａｔ％］／ＮＭ［ａｔ％］）で、５％以上であることが好ましい。

【0041】

一方、表面層１１全体としてのＩｎの含有量は、表面の接触抵抗の低減等、貴金属によって付与される特性を効果的に発揮させる観点から、貴金属元素よりも少量となっていることが好ましい。さらに、貴金属元素に対する原子数比で、２５％以下であることが好ましい。Ｉｎの含有量を、それらの値以下に抑えておくことで、貴金属部１１ａを、貴金属元素のみよりなる形態をはじめとして、貴金属元素の濃度の高い成分組成で、形成しやすい。

【0042】

表面層１１の深さ方向の全域において、上記のように、貴金属に対する原子数比で５％以上また２５％以下のＩｎが含有されることが、表面層１１全体として、安定した構造および特性を獲得し、維持する観点から好ましい。しかし、少なくとも、最表面において、貴金属に対する原子数比で５％以上また２５％以下のＩｎが含有されることが、好ましい。さらには、最表面から５０ｎｍ程度の深さまでの領域において、そのような濃度のＩｎが含有されることが、好ましい。

【0043】

表面層１１全体の厚さは、特に限定されるものではなく、貴金属元素およびＩｎによって付与される特性を十分に発揮させることができればよい。例えば、０．０５μｍ以上とすることが好ましい。一方、過度に厚い表面層１１を形成するのを避ける観点から、その厚さは、０．５μｍ以下とすればよい。

【0044】

上記のように、表面層１１に含有される貴金属元素は、Ａｇ，Ａｕ，各種白金族元素より選択される少なくとも１種であれば、特に限定されるものではない。しかし、それらの中でも、安定した表面層１１を形成できるうえ、酸化を受けにくく、表面層１１の接触抵抗を低く維持しやすいという点で、Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔから選択される貴金属元素を用いることが好ましい。中でも、特に酸化を受けにくく、接触抵抗を低減する効果に特に優れるという点で、貴金属元素が、ＡｇおよびＡｕの少なくとも一方を含むことが好ましい。さらには、貴金属元素が、ＡｇおよびＡｕの少なくとも一方のみよりなることが好ましい。特に、Ａｇは、Ａｕよりも低価格の材料であるうえ、後述するように、とりわけ高い凝着性を示し、Ｉｎ添加による効果が顕著に現れることから、貴金属元素は、少なくともＡｇを含むことが好ましい。

【0045】

ＡｇやＡｕは、室温でもＩｎと容易に合金を形成する金属であり、後述するように、Ａｇ層やＡｕ層とＩｎ層を積層して表面層１１を形成する場合等において、Ｉｎは、Ａｇ－Ｉｎ合金やＡｕ－Ｉｎ合金を形成しやすい。貴金属元素がＡｇを含む場合に、表面層１１に形成されうるＡｇ－Ｉｎ金属間化合物の組成としては、Ａｇ_３Ｉｎ，Ａｇ_９Ｉｎ_４，ＡｇＩｎ_２を挙げることができる。表面層１１に含有されるＡｇ－Ｉｎ合金は、これら３種の金属間化合物より選択される１種または２種以上を含むとよい。例えば、後の実施例において示すように、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によってＩｎを含む相として検出される全量が、不可避的不純物を除いて、それら金属間化合物となっていることが好ましい。さらに、Ｉｎによって発揮される特性を十分に示す表面層１１を形成する観点から、表面層１１は、上記３種のうち、Ａｇに対するＩｎの原子数比が比較的高い、Ａｇ_９Ｉｎ_４およびＡｇＩｎ_２の少なくとも一方を含むものであることが好ましい。

【0046】

一方、貴金属元素がＡｕを含む場合に、表面層１１において、Ａｕ－Ｉｎ合金は、固溶体の状態をとりやすい。特に、Ｉｎの含有量が少ない場合には、Ａｕの格子中にＩｎが固溶した、固溶体となりやすい。Ｉｎの含有量が増加すると、金属間化合物が形成されるようになる。表面層１１に形成されうるＡｕ－Ｉｎ金属間化合物の組成としては、ＡｕＩｎ_２，ＡｕＩｎ，Ａｕ_７Ｉｎ_３，Ａｕ_３Ｉｎ，Ａｕ_４Ｉｎ，Ａｕ_８Ｉｎを挙げることができる。

【0047】

さらに、貴金属元素がＡｇよりなる場合に、貴金属部（Ａｇ部）１１ａが、軟質銀よりなることが好ましい。軟質銀とは、硬さが概ね８０Ｈｖ以下であり、硬度を上昇させる作用のあるＳｂ等の不純物元素の含有量が低く抑えられている。貴金属部１１ａにおいて、さらには、表面層１１全体として、Ｓｂをはじめ、不純物元素の濃度（Ｉｎを除く）は、１．０原子％以下、さらには０．１原子％以下であることが好ましい。

【0048】

（金属材の表面特性）
本実施形態にかかる金属材１においては、上記のように、表面層１１が貴金属元素とＩｎの両方を含んでおり、表面層１１の最表面に貴金属元素とＩｎの両方が存在している。そのため、貴金属元素によって付与される特性と、Ｉｎによって付与される特性の両方を、金属材１の表面の特性として利用することができる。

【0049】

具体的には、表面層１１に貴金属元素が含有されることにより、貴金属元素によって付与される高い電気伝導性を利用することができる。そのため、表面層１１の表面を、接触抵抗の低い状態とすることができる。また、表面層１１が加熱を受けても、電気伝導性の高い状態を維持しやすく、低い接触抵抗を保ちやすい。貴金属元素の中でも、Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔは、酸化を受けにくいため、接触抵抗を低く保つ効果に特に優れる。それらの中でも、ＡｇおよびＡｕは、電気伝導性および難酸化性の両方において優れており、接触抵抗を低く保つ効果が、非常に高くなる。

【0050】

一方、Ｉｎは、比較的軟らかい金属であり、優れた固体潤滑性を示す。また、表面に形成される酸化膜も比較的軟らかく、荷重の印加等によって、容易に破壊することができる。Ｉｎの固体潤滑性および酸化膜の易破壊性は、ＮＭ－Ｉｎ合金となっても、発揮される。よって、表面層１１にＩｎが含まれることで、表面層１１の表面において、固体潤滑作用によって、摩擦係数低減の効果が得られるとともに、酸化による接触抵抗の大幅な上昇を、避けやすくなる。このように、表面層１１に、貴金属元素とともにＩｎが含有され、金属材１の最表面に露出されていることにより、金属材１が、低い摩擦係数と、低い接触抵抗とを兼ね備えたものとなる。

【0051】

貴金属元素の中で、ＡｇおよびＡｕ、特にＡｇは、高い凝着性を示すため、表面層１１の最表面に露出することで、表面層１１の摩擦係数を上昇させる可能性がある。しかし、表面層１１に、それら貴金属元素ともに、Ｉｎを含有させることで、Ｉｎが示す摩擦係数低減の効果により、表面層１１全体としての摩擦係数を、低く抑えることができる。このように、貴金属元素がＡｇやＡｕである場合には、白金族元素である場合よりも、Ｉｎの添加による摩擦係数低減の効果が、特に顕著になる。

【0052】

上記のように、表面層１１において、貴金属原子およびＩｎ原子は、ともに最表面に存在していれば、どのように分布していてもよいが、表面層１１において、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが混在し、それらがともに最表面に露出している場合には、貴金属部１１ａにおいて、低接触抵等、貴金属元素による表面特性を強く発揮させやすく、同時に、高濃度Ｉｎ部１１ｂにおいて、低摩擦係数等、Ｉｎによる表面特性を強く発揮させやすい。よって、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂを混在させることで、表面層１１全体として、低接触抵抗と低摩擦係数の両方を、効果的に達成することができる。

【0053】

上記のように、Ｉｎは貴金属元素との間に合金を形成することができ、表面層１１に高濃度Ｉｎ部１１ｂ等として含有されるＩｎは、少なくとも一部が、ＮＭ－Ｉｎ合金を形成していることが好ましい。それによって、貴金属部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが共存した状態等、表面層１１の状態を、安定に維持しやすくなる。

【0054】

また、表面層１１において、ＮＭ－Ｉｎ合金が形成される場合に、合金組成は特に限定されるものではないが、貴金属元素がＡｇである場合のＡｇ_９Ｉｎ_４やＡｇＩｎ_２のように、貴金属元素に対するＩｎの原子数比の大きい金属間化合物を含んでいれば、Ｉｎによる摩擦係数低減の効果を、表面層１１の特性として、有効に発現しやすい。ＮＭ－Ｉｎ合金の組成は、表面層１１を形成する原料として使用する貴金属元素とＩｎの量の比、また表面層１１の形成条件等によって、制御することができる。

【0055】

表面層１１において、少なくとも、最表面およびその近傍で、Ｉｎの含有量を、貴金属元素に対する原子数比で、５％以上としておけば、Ｉｎによる摩擦係数低減特性を、さらに効果的に得ることができる。一方、ＩｎやＮＭ－Ｉｎ合金の表面は、酸化膜の易破壊性により、酸化を受けても、接触抵抗の低い状態を維持しやすいものではあるが、貴金属元素のみよりなる場合よりは、接触抵抗が高くなりやすい。そこで、表面層１１におけるＩｎの含有量を、貴金属元素よりも少なく抑えておけば、さらには、貴金属元素に対する原子数比で、２５％以下としておけば、貴金属元素による接触抵抗低減の効果を、表面層１１全体の特性として、有効に利用することができる。

【0056】

本実施形態にかかる金属材１は、以上のように、表面において、低い接触抵抗を有するとともに、低い摩擦係数を示す。よって、金属材１は、電気部品、特に、接続端子等、表面層１１の表面において相手方の導電性部材と接触する、電気接続部材としての用途に、好適に利用することができる。

【0057】

（金属材の製造方法）
本実施形態にかかる金属材１は、基材１０ａの表面に、適宜、めっき法等によって、中間層１０ｂを形成したうえで、表面層１１を形成することにより、製造することができる。

【0058】

表面層１１は、蒸着法やめっき法、浸漬法等、いかなる方法で形成してもよいが、めっき法によって、好適に形成することができる。この際、貴金属元素とＩｎの共析によって、貴金属元素とＩｎを含有する表面層１１を形成してもよいが、簡便性の観点から、貴金属層とＩｎ層を積層して形成してから、適宜合金化を経て、表面層１１を形成することもできる。

【0059】

貴金属層とＩｎ層を積層した後、適宜加熱を行って、貴金属元素とＩｎの間で合金化を起こさせることで、ＮＭ－Ｉｎ合金を含んだ表面層１１を形成することができる。貴金属元素がＡｇやＡｕである場合には、Ｉｎとの合金化は、室温でも容易に進行するため、貴金属層とＩｎ層を室温で形成した後、特段の加熱を行わなくても、ＮＭ－Ｉｎ合金を含む表面層１１を形成することができる。貴金属層とＩｎ層の積層順は、特に限定されるものではないが、貴金属層を下層に形成し、その表面にＩｎ層を形成することで、合金化を経て、高濃度Ｉｎ部１１ｂが貴金属部１１ａとともに最表面に露出した表面層１１を、形成しやすい。貴金属層とＩｎ層のそれぞれの厚さ、および両者の間の厚さの比は、所望される表面層１１の厚さや成分組成等に応じて、適宜選択すればよいが、貴金属層の厚さを０．５～１０μｍ、Ｉｎ層の厚さを０．０５～０．５μｍとする形態を、好適なものとして例示することができる。

【0060】

［接続端子］
本発明の一実施形態にかかる接続端子は、上記実施形態にかかる金属材１よりなっており、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部において、下地材１０の表面に、貴金属元素とＩｎを含んだ表面層１１が形成されている。接続端子の具体的な形状や種類は、特に限定されるものではない。

【0061】

図２に、本発明の一実施形態にかかる接続端子の例として、メス型コネクタ端子２０を示す。メス型コネクタ端子２０は、公知の嵌合型のメス型コネクタ端子と同様の形状を有する。すなわち、前方が開口した角筒状に挟圧部２３が形成され、挟圧部２３の底面の内側に、内側後方へ折り返された形状の弾性接触片２１を有する。メス型コネクタ端子２０の挟圧部２３内に、相手方導電部材として、平板型タブ状のオス型コネクタ端子３０が挿入されると、メス型コネクタ端子２０の弾性接触片２１は、挟圧部２３の内側へ膨出したエンボス部２１ａにおいて、オス型コネクタ端子３０と接触し、オス型コネクタ端子３０に上向きの力を加える。弾性接触片２１と相対する挟圧部２３の天井部の表面が内部対向接触面２２とされ、オス型コネクタ端子３０が弾性接触片２１によって内部対向接触面２２に押し付けられることにより、オス型コネクタ端子３０が、挟圧部２３内において挟圧保持される。

【0062】

メス型コネクタ端子２０は、全体が、上記実施形態にかかる表面層１１を有する金属材１より構成されている。ここで、金属材１の表面層１１が形成された面は、挟圧部２３の内側に向けられ、弾性接触片２１および内部対向接触面２２の相互に対向する面を構成するように、配置されている。これにより、オス型コネクタ端子３０をメス型コネクタ端子２０の挟圧部２３に挿入して摺動させた際に、メス型コネクタ端子２０とオス型コネクタ端子３０の間の接触部において、低摩擦係数と低接触抵抗が両立される。

【0063】

なお、ここでは、メス型コネクタ端子２０の全体が、表面層１１（および中間層１０ｂ）を有する上記実施形態にかかる金属材１より構成された形態について説明したが、表面層１１（および中間層１０ｂ）は、少なくとも、相手方導電部材と接触する接点部の表面、つまり弾性接触片２１のエンボス部２１ａと内部対向接触面２２の表面に形成されていれば、いかなる範囲に形成されていてもよい。オス型コネクタ端子３０等、相手方導電部材は、いかなる材料より構成してもよいが、メス型コネクタ端子２０と同様に、表面層１１を有する上記実施形態にかかる金属材１より構成する形態や、表面層１１に含まれているのと同じ貴金属元素よりなる金属層が最表面に形成された金属材より構成する形態を、好適なものとして例示することができる。また、本発明の実施形態にかかる接続端子は、上記のような嵌合型のメス型コネクタ端子、あるいはオス型コネクタ端子の他に、プリント基板に形成されたスルーホールに圧入接続されるプレスフィット端子等、種々の形態とすることができる。

【実施例】

【0064】

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。以下、特記しない限り、試料の作製および評価は、大気中、室温にて行っている。

【0065】

［試験方法］
（試料の作製）
・実施例１～３および比較例１
清浄なＣｕ基板の表面に、表１に示すように、所定の厚さの原料層を積層した。具体的には、最初に、電解めっき法により、厚さ１．０μｍのＮｉ中間層を形成した（実施例３を除く）。さらに、その表面に、Ａｇ層（軟質銀）およびＩｎ層を、それぞれ電解めっき法によって形成した。

【0066】

実施例１～３においては、Ａｇ層とＩｎ層を、この順に、１層ずつ積層した。Ａｇ層の厚さは、いずれの実施例についても、１．０μｍとした。Ｉｎ層の厚さは、０．０５μｍ（実施例１）または０．２０μｍ（実施例２，３）とした。比較例１は、Ａｇ層のみを形成した試料とした。

【0067】

・実施例４および比較例１
上記実施例１，２に用いたのと同様の、厚さ１．０μｍのＮｉ中間層を形成したＣｕ基板の表面に、表３に示すように、所定の厚さの原料層を、電解めっき法によって形成した。具体的には、実施例４では、厚さ０．４μｍのＡｕ層と、厚さ０．０５μｍのＩｎ層を、この順に積層した。比較例２は、Ａｕ層のみを形成した試料とした。

【0068】

（表面層の状態の評価）
実施例１～３の試料に対して、２θ法によるＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、表面層に生成している相の組成および量を評価した。この際、ＡｇおよびＩｎを含有する各相に対して、参照強度比（ＲＩＲ）法に基づいて、定量分析を行い、各相の存在比を見積もった。実施例４の試料に対しても、同様に、ＸＲＤ測定を行い、ＡｕおよびＩｎを含有する相の状態を確認した。

【0069】

また、実施例１～３の試料に対して、Ａｒ^＋スパッタリングを用いた深さ分析Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定を行い、表面層から深さ２００ｎｍまでの領域における、各元素の分布を調べた。実施例４の試料に対しては、Ａｒ^＋スパッタリングを用いた深さ分析オージェ電子分光（ＡＥＳ）測定を行い、表面層から深さ３０ｎｍまでの領域における、各元素の分布を調べた。

【0070】

さらに、実施例１～３の試料については、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により、各試料の表面における構成元素の分布を確認した。加速電圧は６ｋＶとした。この際、検出深さは、５０ｎｍ以下であった。得られた結果より、表面層におけるＩｎの含有量を、Ａｇに対する原子数比（Ｉｎ［ａｔ％］／Ａｇ［ａｔ％］）として、評価した。

【0071】

（摩擦係数の測定）
各試料に対して、摩擦係数の測定を行った。測定には、貴金属元素としてＡｇを用いている実施例１～３および比較例１については、Ａｇめっき層（軟質銀）を１μｍの厚さで形成した材料よりなる、半径１ｍｍ（Ｒ＝１ｍｍ）のエンボスを用いた。貴金属元素としてＡｕを用いている実施例４および比較例２については、Ａｕめっき層を１μｍの厚さで形成した材料よりなるＲ＝１ｍｍのエンボスを用いた。各実施例および比較例にかかる板状の試料の表面にエンボスの頂部を接触させ、３Ｎの接触荷重を印加した状態で、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で、５ｍｍにわたって摺動させた。摺動中に、ロードセルを用いて、接点間に働く動摩擦力を測定した。そして、動摩擦力を荷重で割った値を（動）摩擦係数とした。

【0072】

（接触抵抗の評価）
各試料に対して、接触抵抗の測定を行った。この際、いずれの実施例および比較例についても、Ａｕめっきを施したＲ＝１ｍｍのエンボスを、板状の試料の表面に接触させ、５Ｎの接触荷重を印加しながら、接触抵抗の測定を行った。測定は四端子法によって行った。開放電圧は２０ｍＶ、通電電流は１０ｍＡとした。

【0073】

［試験結果］
（表面層の状態）
表１に、貴金属元素をＡｇとした実施例１～３および比較例１について、各原料層の厚さと、ＸＲＤによって得られた生成相の種類および存在比（質量％）、ＥＤＸによって得られたＩｎ含有量をまとめる。なお、ＸＲＤでは、Ａｇおよび／またはＩｎを含む相として、表１に記載したもの以外は、検出されなかった。また、ＥＤＸで得られたＩｎおよびＡｇの空間分布は、Ａｇ濃度の高い領域（Ａｇ部）とＩｎ濃度の高い領域（高濃度Ｉｎ部）が、混在して、最表面に露出していることを示していた。

【0074】

実施例１～３に対する深さ分析ＸＰＳ測定の結果としては、ＡｇとＩｎの両方が最表面に分布し、最表面から内側に向かうにつれ、Ａｇに対するＩｎの割合が、徐々に減少しているのが、検出された。また、ＩｎおよびＡｇ以外の不純物金属元素が、検出限界（０．１～１．０原子％）以上の濃度で分布していないことが、確認された。

【0075】

【表1】

【0076】

表１の生成相の解析結果および上記ＸＰＳの結果から、実施例１～３においては、いずれも、Ａｇ原子とＩｎ原子の両方を含む表面層が形成され、Ａｇ原子とＩｎ原子の両方が、最表面に分布していることが分かる。ＸＲＤによって観測されるＩｎを含む相は、全てＡｇ－Ｉｎ合金となっている。

【0077】

実施例１→３→２の順に、生成相として、Ａｇ→Ａｇ_９Ｉｎ_４→ＡｇＩｎ_２と、Ａｇに対するＩｎの原子数比が大きい金属間化合物の相が生成されるようになり、その割合が大きくなっている。実施例１，３においては、Ａｇ単体よりなるＡｇ部が、Ａｇ－Ｉｎ合金よりなる高濃度Ｉｎ部と共存しているのに対し、実施例２においては、少なくともＡｇ単体よりなるＡｇ部は形成されておらず、Ａｇ部とみなせる相として、比較的Ｉｎの含有量の少ないＡｇ－Ｉｎ合金であるＡｇ_９Ｉｎ_４が形成されている。

【0078】

表１によると、Ｉｎ含有量も、実施例１→３→２の順に増加している。このことより、表面層のＩｎの含有量が増加するほど、Ａｇに対するＩｎの原子数比が大きい金属間化合物の相が多く生成することが分かる。なお、実施例２と実施例３では、原料層としてのＩｎ層の厚さは同じになっているが、Ｎｉ中間層を設けている実施例２の方で、Ｎｉ中間層を設けていない実施例３よりも、Ｉｎ含有量が多くなっている。これは、Ｎｉ中間層を設けることで、Ｃｕの拡散、およびそれに伴うＣｕとの合金形成に起因するＩｎの消費を抑制できるためであると考えられる。

【0079】

貴金属元素をＡｕとした実施例４に対する深さ分析ＡＥＳ測定の結果としては、上記実施例１～３の場合と同様に、ＡｕとＩｎの両方が最表面に分布し、最表面から内側に向かうにつれ、Ａｕに対するＩｎの割合が、徐々に減少しているのが、検出された。また、ＩｎおよびＡｕ以外の不純物金属元素が、検出限界（０．１～１．０原子％）以上の濃度で分布していないことが、確認された。

【0080】

実施例４のＸＲＤ測定においては、上記実施例１～３の場合とは異なり、Ａｕ－Ｉｎ金属間化合物は検出されなかった。代わりに、Ａｕの格子定数が、Ａｕ単体の値から変化していることが分かった。このことは、Ａｕ－Ｉｎ合金として、ＩｎがＡｕの格子中に固溶した固溶体が形成されていることを示している。

【0081】

（表面層の特性）
下の表２に、貴金属元素をＡｇとした実施例１～３および比較例２について、また表３に、貴金属元素をＡｕとした実施例４および比較例２について、各原料層の厚さと、摩擦係数および接触抵抗の計測結果を示す。さらに、それぞれ図３（ａ）および図３（ｂ）に、摺動中の摩擦係数の変化を示す。

【0082】

【表2】

【0083】

【表3】

【0084】

まず、表２の貴金属元素をＡｇとした場合について、摩擦係数に着目すると、表面層がＡｇのみよりなる比較例１の場合には、Ａｇの凝着性により、摩擦係数が高くなっている。摺動中の値の変動も、大きくなっている。これに対し、ＡｇとＩｎを含有する表面層を形成した実施例１～３においては、いずれも、比較例１の半分以下の低い摩擦係数が得られている。摺動に伴う値の変動も、小さくなっている。つまり、実施例１～３においては、Ａｇに比べて少量のＩｎしか添加していないにもかかわらず、Ｉｎによって発揮される固体潤滑性の効果により、Ａｇの凝着性による摩擦係数の上昇を、大幅に抑制することができている。

【0085】

表３の貴金属元素をＡｕとした場合についても、表面層がＡｕよりなる比較例２の場合に比べて、ＡｕとＩｎを含有する表面層を形成した実施例４においては、摩擦係数が半分近くまで低減されている。このように、貴金属としてＡｕを用いた場合にも、Ａｇを用いた場合と同様に、Ｉｎによって発揮される固体潤滑性の効果により、摩擦係数の上昇を、大幅に抑制することができる。ＡｇとＡｕでは、Ａｇの方が凝着を起こしやすいため、Ａｇ層を設けた比較例１の方が、Ａｕ層を設けた比較例２よりも、摩擦係数が高く、摺動に伴う値の変動も大きいが、Ｉｎの添加により、Ａｇを用いた実施例１～３の場合と、Ａｕを用いた実施例４の場合とで、摩擦係数が、同程度の値にまで低減されている。

【0086】

次に、接触抵抗の測定結果を見ると、表面層がＡｇのみよりなる比較例１においては、Ａｇの電気伝導性の高さを反映して、非常に低い接触抵抗が得られている。これに対し、ＡｇとＩｎを含む表面層を形成した実施例１～３のいずれの試料においても、比較例１の場合に比べ、わずかに高い程度の接触抵抗に抑えられている。これは、Ｉｎの酸化膜の易破壊性によるものであると解釈できる。

【0087】

表面層がＡｕのみよりなる比較例２においては、Ａｕの電気伝導性の高さを反映して、非常に低い接触抵抗が得られている。そして、ＡｕとＩｎを含む表面層を形成した実施例４においては、接触抵抗がさらに低くなっている。貴金属としてＡｇを用いた場合には、わずかではあるが、Ｉｎの添加によって接触抵抗が上昇していたのに対し、貴金属としてＡｕを用いた場合に、Ｉｎの添加によって接触抵抗が低くなるのは、ＩｎがＡｕの格子中に固溶した固溶体が形成され、Ａｕの特性が比較的強く反映されたためであると考えられる。

【0088】

以上より、貴金属元素に加え、Ｉｎを含有する表面層を、金属材の表面に形成することで、低い接触抵抗を与える貴金属元素の特性を維持しながら、Ｉｎ添加の効果として、表面の摩擦係数を低減できることが、明らかになった。

【0089】

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

【符号の説明】

【0090】

１ 金属材
１０ 下地材
１０ａ 基材
１０ｂ 中間層
１１ 表面層
１１ａ 貴金属部
１１ｂ 高濃度Ｉｎ部
２０ メス型コネクタ端子
２１ 弾性接触片
２１ａ エンボス部
２２ 内部対向接触面
２３ 挟圧部

【図1】

【図2】

【図3】